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Svolgimento - Amo la matematica
CLASSE 3^ A LICEO SCIENTIFICO 24 Febbraio 2015 Energia e fluidodinamica (recupero per assenti) 1. Lungo un pendio inclinato di 30° rispetto all’orizzontale, uno sciatore di 70,0 kg scende con velocità costante di 10,0 m/s. Trascurando l’attrito dell’aria, calcola il lavoro della forza d’attrito con il suolo in 1,0 s. La forza applicata dalla forza d’attrito è uguale e contraria alla componente parallela della forza peso, visto che lo sciatore scende con velocità costante. Lo spazio percorso, invece, è dato dal prodotto tra velocità e tempo, visto che si tratta di un moto rettilineo uniforme, perciò: =− 30° ∙ =− , ∙ Il lavoro è negativo, perché la forza d’attrito ha verso opposto rispetto allo spostamento. 2. Una pallina sale lungo una salita con velocità iniziale di 20 m/s. Al termine della salita la sua velocità si è ridotta a 5 m/s. Qual è il dislivello coperto dalla pallina? Qual è la velocità a metà della salita? Per il principio di conservazione dell’energia: + = ⇒ − = − 1 1 ℎ = − ℎ − 2 2 1 ℎ −ℎ = − ! = "# 2 Per il principio di conservazione dell’energia: ℎ − ℎ = − + ℎ − 2 $ ℎ ⇒ = $ 1 2 =% − 1 2 − $ ℎ − ℎ ! = &#/( 3. La molla di una bilancia pesa-persone, quando è compressa, si accorcia e mette in movimento l’indice sulla scala della bilancia. Camilla sale su una bilancia di questo tipo e legge il valore di 52 kg. La molla ha una costante elastica di 1,2 ∙ 10) */ . Quanta energia potenziale elastica ha accumulato la molla? Dalla massa, posso ricavare la forza peso applicata alla molla e dalla costante elastica, ricavo la sua compressione: += = ,- ⇒ - = A questo punto, posso calcolare l’energia potenziale elastica accumulata dalla molla: = 4. La portata di un rubinetto è 5,0 ∙ 1023 glia? ) , 1 1 ,- = , . / = = , ∙ 2 2 , 2, 0 / . Per riempire una bottiglia di acqua impieghi 40 s. Qual è il volume della botti- 45 = ∆7 ⇒ ∆7 = 45 ∆ = , ∆ 0 # CLASSE 3^ A LICEO SCIENTIFICO 24 Febbraio 2015 Energia e fluidodinamica (recupero per assenti) 5. In un tubo orizzontale cilindrico di raggio di base 4,00 cm scorre acqua alla velocità di 2,40 m/s. All’uscita del tubo viene posta una strozzatura che riduce il raggio della metà. Calcola la velocità con cui l’acqua esce dalla strozzatura. Per la legge di continuità: 8$ $ =8 ⇒ = $ 8$ = 8 $ 9:$ = 9: $ ; :$ < = 4 1 :$ 2 $ = ", > #/( 6. Un serbatoio pieno d’acqua è alto 2,0 m ed è munito di un rubinetto posto a 20 cm dalla sua base. Calcola la velocità con cui l’acqua esce dal rubinetto. Per il teorema di Torricelli: = ?2 (A − ℎ) = &, "#/( 7. Uno sciatore di 55 kg parte da quota 2500 m e arriva a quota 2150 m a velocità costante. a. Calcola il lavoro delle forze di attrito. b. A quale velocità arriverebbe a quota 2150 m se non ci fosse l’attrito? c. Qual è la potenza minima dello skilift per riportarlo a quota 2500 m in 10 minuti? a. Scriviamo il principio di conservazione dell’energia considerando l’energia dispersa per effetto della forza d’attrito: + = + + CDEE Considerando la velocità costante, l’energia cinetica iniziale è uguale a quella finale, perciò: CDEE = b. = , " ∙ & Se non ci fosse attrito, supponendo che parta da velocità nulla, otteniamo: + c. − = + ⇒ = Per la definizione di potenza: − ⇒ H= − 1 2 = = , − 2 ⇒ = F − ! = G #/( IJ 8. Nell’impianto idraulico di un palazzo una tubatura porta l’acqua da un serbatoio posto all’ultimo piano, a 13 m di altezza dal suolo, al giardino. All’altezza del secondo piano, esattamente a 6,5 m di quota, la velocità dell’acqua nella tubatura passa da 8,0 m/s a 11,0 m/s per una variazione della sua sezione. La sezione della tubatura aumenta o diminuisce? Calcola la variazione della pressione in tale tratto. Per l’equazione di continuità, aumentando la velocità, la sezione diminuisce. Per l’equazione di Bernoulli, posso ricavare la variazione di pressione: 1 H + K 2 1 + K ℎ = H$ + K 2 $ + K ℎ$ ⇒ H − H$ = 1 K 2 $ 1 − K 2 + K ℎ$ − K ℎ = , & ∙ & LM